第三篇相互作用和场 第九章电相互作用和静电场 本章共7讲
? 本章共7讲 第三篇 相互作用和场 第九章 电相互作用和静电场
第三篇相互作用和场 本篇特点: 1研究对象不再是分离的实物,而是在空间连续分布 的场,用空间函数(如E,U等)描述其性质。 2场不具有不可入性,所以叠加原理地位重要。 3更多地运用高等数学手段,如用求空间矢量的通 量和环流的方法来描述场的规律。 4在四种基本相互作用中,电磁相互作用理论最成 熟,所以电磁相互作用和电磁场是全篇重点。 5电相互作用是电磁学的基础,也是重点和难点。 6磁场采用相对论方式引入
第三篇 相互作用和场 本篇特点： 2.场不具有不可入性，所以叠加原理地位重要。 3.更多地运用高等数学手段，如用求空间矢量的通 量和环流的方法来描述场的规律。 1.研究对象不再是分离的实物，而是在空间连续分布 的场，用空间函数（如 E U 等）描述其性质。 B , , 4.在四种基本相互作用中，电磁相互作用理论最成 熟, 所以电磁相互作用和电磁场是全篇重点。 5.电相互作用是电磁学的基础，也是重点和难点。 6.磁场采用相对论方式引入
第九章电相互作用和静电场 大自然整体的每一片断或部分 始终只是对完整的真理(或迄今我 们所认识的完整真理)的逼近。事 实上,我们知道的每件事物都只是 某种近似,因为我们知道:我们至 今还不知道所有的定律。因此,我 门之所以要学习一些东西,正是为 了以后再放弃它,或者,更恰当地 说,再改正它。 RP.费曼(198-198
第九章 电相互作用和静电场 大自然整体的每一片断或部分， 始终只是对完整的真理（或迄今我 们所认识的完整真理）的逼近。事 实上，我们知道的每件事物都只是 某种近似，因为我们知道：我们至 今还不知道所有的定律。因此，我 们之所以要学习一些东西，正是为 了以后再放弃它，或者，更恰当地 说，再改正它。 －R.P.费曼(1918－1988)
结构框图 电相互作用 库仑定律 静电力叠加原理 电场 强度电通量 高斯定理 静电场 静电场的 基本性质 电势 环路定理 与带电粒子 导体的静电平衡 电 电场 的相互作用 电介质电位移矢量介容能 极化 质中高斯定理 稳恒电场
电相互作用 库仑定律 静电场 稳恒电场 电场 强度 电通量 高斯定理 电势 环路定理 静电场的 基本性质 与带电粒子 的相互作用 导体的静电平衡 电位移矢量 介 质中高斯定理 电介质 极化 电 场 能 静电力叠加原理 电 容 结构框图
重点: 1.两条基本实验定律:库仑定律,静电力叠加原理 2.两个基本物理量:电场强度E电势U 3.两条基本定理: 静电场高斯定理,环路定理。 揭示静电场基本性质(有源场、保守场)。 4.静电场与物质(导体和电介质)的相互作用 5.稳恒电场。 难点:求解E,分布; 静电场的基本性质; 导体和电介质中的电场。 学时:14
重点： 4. 静电场与物质（导体和电介质）的相互作用 1. 两条基本实验定律：库仑定律，静电力叠加原理。 3. 两条基本定理： 静电场高斯定理，环路定理。 揭示静电场基本性质(有源场、保守场) 。 5. 稳恒电场。 2. 两个基本物理量：电场强度 E ， 电势 .U 学时：14 难点：求解 分布； 静电场的基本性质； 导体和电介质中的电场。 E, U
89.1两条基本实验定律静电场 库仑定律 库仑(1736~1806 法国工程师、 物理学家。 1773年发表有关材料强度的论文,所提出 的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿 用到现在。1777年开始研究静电和磁力问 题,发明扭秤。1779年对摩擦力进行分析 ,提出有关润滑剂的科学理论。1785 1789年,用扭秤测量静电力和磁力,导出 著名的库仑定律。 扭秤
§9.1 两条基本实验定律 静电场 一. 库仑定律 1773年发表有关材料强度的论文，所提出 的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿 用到现在。 1777年开始研究静电和磁力问 题，发明扭秤。 1779年对摩擦力进行分析 ，提出有关润滑剂的科学理论。1785- 1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出 著名的库仑定律。 扭秤 库仑(1736 ~ 1806) 法国工程师、 物理学家
库仑定律: 相府观察者 中学:真空中,两个静止的点电荷间相互作用力 F=k q142 静电力恒量k=9×10N·m2C2 写成矢量式: 12 12 21 F=k q1 2/112 q1(±) q2(土) =k华q2 (千) ˉ是单位矢量 12
相对观察者 中学：真空中，两个静止的点电荷间相互作用力 2 1 2 r q q F = k 静电力恒量 9 2 2 9 10 N m C − k = 库仑定律： 写成矢量式： • • 1 q q2 12 r F21 F12 () () () • 1 q 2 q 12 r F21 F12 • () 2 0 1 2 3 1 2 r r q q k r q q r F k = = 0 r 是单位矢量 ) r r ( r q q F F k 12 2 1 2 21 12 = − =
引入真空电容率(1986年推荐值): 0=A=8854187817×10712C2Nm2 q14 4兀6r4兀5r 目的:使后面的大量电磁学公式不出现4因子。 适用范围:目前认为在1015m范围灼成立 原子核尺度:c粒子散射实验,以库仑定律为依据 计算的结果与实验相符。 更大尺度:需要天体物理证明
1 2 2 1 2 0 8 854187817 10 C N m 4 1 − − − = = k 2 0 0 1 2 3 1 2 4 0 4 1 r r q q r q q r F = = 目的：使后面的大量电磁学公式不出现 4 因子。 引入真空电容率(1986年推荐值)： 适用范围: 目前认为在 10 m 范围均成立。 10 m 15 7 − − 原子核尺度： 粒子散射实验，以库仑定律为依据 计算的结果与实验相符。 更大尺度： 需要天体物理证明。
P2l1,表91-1:库仑定律平方反比关系的实验验证 F=k112 δ≤4×102(1785年);δ≤2×10-16(1971年) 数量级:四种基本相互作用相对强度 强力 电磁力 弱力 引力 IO J0-1 I0-38 例:在卢瑟福啦粒子散射实验中,啦子可达到离 金原子核2×10她求它们相互斥力的大小。 2e×79e F ≈91(N)~10kg物体的重 4兀6 力
数量级： 四种基本相互作用相对强度 2 13 38 1 10 10 10 − − − 强力 电磁力 弱力 引力 4 10 (1785 ); 2 10 (1971 ) ; 2 1 6 2 1 2 − 年 − 年 + = r q q F k P211，表9.1-1：库仑定律平方反比关系的实验验证 例：在卢瑟福 粒子散射实验中， 粒子可达到离 金原子核 处，求它们相互斥力的大小。 2 10 m . −14 91(N) 4 2 79 2 0 = r e e F ～10kg 物体的重 力
二.电场力叠加原理 两点电荷间相互作用力不因其它电荷的存在而改变。 点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存 在时对该电荷作用的矢量和。 FF=F1+F2+…+F ∑ qa ∑ q04;r 兀6
二.电场力叠加原理 两点电荷间相互作用力不因其它电荷的存在而改变。 点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存 在时对该电荷作用的矢量和。 F F F Fn = 1 + 2 + + = = = = n i i i i n i i r q q r F 1 3 0 0 1 4 q1 • q2 qn qi • i r • • • Fi q0 • •